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1、炼油厂操作模型的规划和调度摘要 这项工作的主要目的是讨论炼油厂操作的规划和调度应用。首先，提出了炼油生产的非线性规划发展模型。该模型能够代表一般炼油厂布局以及允许非线性过程模型的运行以及关系的混合。考虑到每个石油衍生物常常由精炼厂提供的市场局限性，优化模型能确定新操作点，从而提高了具有更高价值的产品的产量，与此同时满足了所有规格的限制。真实世界中的应用是发达国家中古巴（巴西）等国家RPBC精炼厂的柴油机的生产。优化结果被比喻为现状，没有计算机法则使用，流分配以经验为依据，借助于人工的计算。新的工作点是增加了几个百万美元的年盈利能力。另一部分的工作解决调度问题在炼油厂，是作为混合整数优化模型，对
2、连续和离散时间表征。原油库存涉及的最佳经营原油卸载管线的管理，以及为每个原油蒸馏装置的装料程序的问题将被讨论。此外，该文件将考虑发展和解决短期调度优化模型的一组操作，包括：接收产品到加工单位，在中间罐仓库及库存管理，为了满足石油规范和需求混合，在石油管道先后运输。现实世界中被报道的关于炼油厂生产和分配重要例子：RPBC炼油厂柴油分配问题和涉及燃料油、沥青生产问题以及在萨若泽啊之谷（巴西）中REVAP炼油厂液化石油气领域，生产占约80%的国民消费。1 简介 上世纪80年代的特点是出现了国际市场化和全球化竞争的发展。化学加工工业为了在新局面中顺利竞争不得不经过严密调整。更好的经济绩效已经通过更有效
3、的工厂运转实现。 炼油厂中实施先行控制系统，使在机组中生产力大大提高。由此产生的储蓄创造兴趣为更复杂的自化系统明确考虑到生产目标。单位优化方法确定最优值的过程但仅仅考虑当前的操作变量条件。 产生单元最优化不是要在工厂中实现整体经济最优化。通常个别单位之间的目标是矛盾的，因此有助于一个次优解和许多次不可行的整体运作。缺乏计算技术的生产调度的主要障碍是生产一体化的目标和进程的行动。一个更有效的方法是将当前和今后的合成因素生产计划合并起来，转化在生产经营中的短期生产目标到加工单位中，为在生产系统性能内一个地平线中经济干扰的影响提供一个分析工具，机制考虑到商业以及技术不确定性提供。根据单元（1997）
4、确定的主要需求的工具，生产计划与调度的炼油厂，传统方法的作战计划使用线性模型产生一个可行的计划在一个月的地平线和依靠手册：电子表格计算。这个过程，尽管需要时间和精力从调度，只能产生一个可行的办法，不能充分利用，在经济上更具吸引力，甚至不分的炼油厂在收益会明显改善操作。主要目标单元（系统集成生产计划），这是现在在最后阶段的发展，是使溶液产生的线性规划可行的规划模型。由于运作上的限制是不存在线性规划模型，其主要目标是实现一个解决方案，这违反了尽可能少的，它仍然是类似的解决方案。根据玛格哈思，摩洛斯，马尼亚，哈斯莫顿，平托和阿巴迪亚(1998)已经取得的重要成果，包括以下：集中化信息 SIPP对于生
5、产调度程序是必需的是唯一平台，不再需要连接到几台电脑炼油厂和为了开发一个新的时间表的所有剩余的精炼厂当前状态都得到一个完整的视图。增加调度范围 通过意外情况的原因和影响分析。实施系统将有可能更迅速地做出反应。知识储存 这可能被视为系统所带来的最重要方面以至调度问题更好地理解。该系统的主要好处将被从实现模型和算法，支持生产计划。其中，目标是制定和实施数学规划模型的基础上的混合整数优化算法。本文的目的是描述采取优化模型发展炼油厂生产计划和调度。工厂分为子系统，这虽然连接，允许发展的主要代表活动安排相应时间内的视野。最终目标是在一个自动化的规划和调度系统中将发展战略纳入这些模型，短期产生的计划，考虑
6、时变条件综合的全球方案。本文有以下组成：首先，概述了炼油厂计划调度活动。进行了非线性发展的交涉规划模型讨论，其次是优化工作在炼油厂的应用在于原油的管理和调度，生产和经销石油产品，如柴油燃料油和液化石油气，沥青。特别是，生产的数学模型和经销石油衍生物的介绍。最后，得出结论和提出了当前以及未来的发展。2 炼油厂规划和调度概述潜在好处的优化过程操作在炼油厂的长期观察，在原油和产品应用线性规划汇集（西蒙兹，1955）。油炼厂越来越重视提高规划的行动。主要的因素其中是由于动态性质的经济环境。公司必须评估的潜在影响重要的变化，如要求最终产品规格，价格，和毛油的成分或即使能够探索直接的市场机会（玛格哈等人，
7、1998）。库克海德（1994）标识几个应用程序的规划模型炼油和石油行业，包括：原油选择，原油分配多精炼厂情况，伙伴关系模型的原材料供应和谈判运营计划。利用基于LP的商业软件的精炼厂生产规划的，例如RPMS (精炼厂并且石油化学的模型的系统-邦纳和摩尔， 1979)和PIMS (加工业塑造系统- 比切尔 1993)允许发展整个精炼厂的一般生产计划，哪些能解释作为一般趋向。正如所指出的佩勒姆和帕姆司（1996），该规划技术可被视为发达和相关进展不应期望。主要在这一领域的进展将基于模型的改进，特别是通过使用非线性规划，最近在普剋森纳-伽米思（1989）和摩洛，扎宁和平托（1998）。伯丁同（199
8、2）还提到缺乏系统性非线性混合关系处理方法。尽管如此，非线性规划在90年代（维斯瓦纳坦与格罗斯曼，1990；哈留恩科斯基与韦斯特朗，1999）允许许多作家，如拉梅奇（1998）指出非线性规划（自然语言处理，混合整数非线性规划），为21世纪的炼油厂提供一个必要的工具。菲尔德豪斯（1993）研究了集中问题，同时谁解决了质量平衡方程和质量连续近似线性关系。另一方面，生产调度商业工具很少，这些不允许一个严格的代表工厂的特殊性（里格比，拉萨东及瓦仍，1995；摩罗等人。，1998）。出于这个原因，炼油厂制定的内部工具强烈的基础上模拟（斯坦丘尔与霍费尔，1997；马嘎哈等人。，1998）以获取必要的信息，
9、对于给定的系统（摩洛与平托，1998）。文献中有具体的应用为基础，数学规划，如原油卸油和汽油混合（伯丁同，1992；里格比等人，1995；李，平托，格罗斯曼和公园，1996；沙，1996）。通过伯丁同（1993）讨论了炼油厂调度缺乏严格的模型，谁比较连续和混合整数线性配方，指出低适用性模型只是基于连续变量。更一般地，调度文献提出了非常少的优化配方的调度连续多产品厂，作为反对在工厂以大量工作（里克泰思，1992；平托和格罗斯曼，1998）。如今，由于需要走向灵活的工厂，必须及时响应市场需求，不断加工已收到更多的关注（艾尔阿皮特托与弗洛达斯，1998）。实例规划和调度连续的植物介绍了单级（萨哈莉迪
10、和格罗斯曼，1991）和多级案件（平托和格罗斯曼，1994）。也有人认为，新技术的融合过程操作是一个重要的盈利能力因子，它只能通过适当的规划（卡特勒和阿亚拉，1993；玛基埃托，1993）。根据最近的一项调查烃加工公司，指出管理，其中的主要地区一体化有：销售规划，规划和业务管理和规划布局（伯丁同，1995）。必须在线整合规划，调度和控制所指出伯丁同和肖伯瑞（1996）和斯坦丘尔和霍费尔（1997）。曼斯菲尔德，马菲特，贝恩，博斯勒和甘乃迪（1993）讨论这一问题的集成过程控制，汽油混合优化和规划活动3 规划模型工作重点发展的非线性炼油厂生产计划模型。活动策划包括优化原材料供应，处理和随后的商业
11、化的最终产品在一个或几个时间段。摩洛等人（1998）制定了一个非线性规划新型炼油厂生产，能够代表了一般炼油厂的拓扑。该模型依赖于一个一般代表炼油装置的非线性方程。单元模型由混合关系和过程方程组成。此外，该单位必须满足一定约束变量，其中包括产品规格，最大最小单位的给水流量和限制操作变量。图1显示了典型的代表单位。该模型的一个典型的单位，代表的是以下方程：（1）和（2）式代表混合给液流。这些被定义为集合Uu和Su,u ，U它表示的单位，其目标是u和u流离开单位u ，其目标是单位分别。进流所产生的属性进入给液流的非线性函数以及每个属性,s 是一套。过程模型的定义式 （3）和（4）。涉及给液流的流量和
12、性能以及产品的流量和性能操作变数。在一般情况下，过程模型可能是一个简单的产量关系，或一个复杂的系统方程的基础上保护原则和构关系。通常，配重和出产量表示被用于确定生产流程率; 没有包括能量平衡在模型。 在单位的配重不可以满意由于物质损失和对没有流量的可能的存在，在他们与模型是毫不相关的情况下问题。 出产量表示根据标准价值，是坚定的在平均值从工厂数据获得了。 给液流量的作用并且那些操作变量是应用的在标准出产量，以获取的形式，也实验性地确定。 大多有形资产从混合度指数被计算，是基于交互作用。 同样，给液和操作变量的作用在产品流的物产的通过获取被计算。请注意，操作变量被定义为连续的。不过，如果某个单位
13、下运行不同的操作模式（运动），这可能是代表离散变量。 一个另外的困难在这种情况下是发生。在(5)中，因为每个产品放出在这些流中的每一条有多个目的地，简单的平衡被强加。 这些被送到最终产品汇集或被送到另一个处理器。 另外，操作的一定的限制被强加给流速由于市场局限并且在物产由于制品技术规范。的计划模型是一个(非凸起的)混合整数非线性规划。待添加的隐藏文字内容3宗旨将最大化(公共关系) 精炼厂赢利，被定义作为销售收入，饲料的总和费用和总营业成本，是每个单位的运作费的总和，产生。从产品的收支被定义在单位引起的所有产品，是套引起完成品的单位。 流量费用也被定义在属性的套单位外在流。 作业成本每条单位在每
14、个处理器的流量取决于(线性地)所有单位()的操作变量。一个真实世界的应用程序为计划被开发了柴油生产在RPBC精炼厂古巴(SP，巴西)。 精炼厂有作为主要宗旨柴油的生产刺激用不同的在表显示的规格和要求。 这些是如下： 大城市柴油(低硫水平)，规则柴油和海柴油(上流的爆发点)。 过程包括原油蒸馏单位，真空蒸馏单位，可变催化裂化单位、炼焦的单位、加氢处理单位和柴油水池。处理器在稳定和产物经营各种各样的中间小河，以不同物产，那可以被混和引起渴望的种类柴油。模拟系统GAMS (布鲁克，肯德里克与梅瑞尔思1992)使用实施优化塑造，包含233可变物， 199个等式和 620非线性非零和解决了与结束最优化，
15、根据广义减少的一个可行的道路梯度法。 优化结果被比较了对当前形势，没有计算机使用算法，并且流分派被做基于经验，在手工演算的帮助下。就亲切的其中每一的市场局限而论柴油精炼厂通常供应的，最优化算法能定义新的点操作，增加生产更加可贵油，当满足所有规格限制时。 扼要的总结在显示，精炼厂生产大约5500m3/d大城市柴油，而市场可能吸收到7000 m3/d。因为这是最可贵的柴油，是确切有室增加精炼厂赢利。精炼厂也生产3500 m3/d海柴油，一个低价值产品，当最低率时归结于商业协议3000 m3 /d。因为这种柴油是相对地容易，这个情况出现生产，因为它有较不限制性规格。这个新的工作点代表增量在大约每年6
16、 000 000美元 。目前应用开发中为在REVAP精炼厂的整体生产规划基于广义式样表示法。 运行数处理器，例如大气蒸馏，真空蒸馏，可变催化裂化，加氢处理和脱沥青。4 炼油厂调度如前所述，其工作重点发展的优化模型及对炼油系统求解方法。这主要是由于调度操作的复杂性，这是翻译成大型组合问题（至少即通常所说的铭牌问题），并限制在计算技术。一个主要的问题是时间代表。平行的研究已进行了对离散和连续时间模型。另一个重要的方面就是在调查问题之间的兼容性，规划和调度模型。我们解决炼油厂调度问题，这是作为混合整数优化模型，对连续和离散时间交涉。虽然一般持续时间配方提供大量减少的组合特征模型，利用离散时间表示可能
17、仍会有吸引力，因为：资源约束下离散时间代表性更容易处理。例如，库存约束的连续时间本身非线性（非凸）由于双线性条款涉及流量和时间间隔。为避免解决非凸模型，线性化技术是常用的。因此，性能的解决方法可能恶化由于显着增加的完整性差距的线性模型。这一事实（例如观察4.1部分）是不可取的，主要的案件的复杂工业过程在一个可行的计划往往是必要的。如果执行时间在所涉及的问题是同一数量级，由此产生的规模离散模型是不依赖于调度视野，可以解决在合理的时间。离散时间模型提供了一般紧配方，这意味着他们目前相对低完整性差距（雪亚和萨金特，1996）。所以，根据上述论据，第4.2部分和第4.3部分在分离表示法将建立。原油库存
18、管理问题（4.1节）包括最佳经营原油卸载管线，转移到储罐和充电时间为每个原油蒸馏单元系统的阐述解决连续时间代表。此外，本文将考虑发展和解决短期调度优化模型的一组操作，包括：产品从加工单位，接收，储存和库存管理的中间罐混合，以便参加的规格和要求，并测序在石油管道运输。数学制定这样一个问题的提出。重要的现实世界的例子，炼油厂的生产和分配的报告。柴油机汇集和分配问题的解决RPBC炼油厂（4.2节）。生产有关问题的燃料油沥青（4.3节）和液化石油气（4.4节）地区的REVAP炼油厂在萨若泽阿之谷（警司，巴西），也报告生产约80%的燃油消耗在巴西。在液化石油气问题，优化模型，是一个扩展的广义规划模型的提
19、出。5 结论在计划和预定的应用于精炼厂操作在本文概述了。它有显示这些问题可以高效率地被公式化作为大规模材料改进计划最优化模型。分离并且连续的时间表示法方法为处理这些的高度组合问题表示法被测试了。连续的时间模型发现避免发源的困难在数的处理时间上的相关的区别操作介入，在原有收据调度的问题情况下。然而，优选的结果是获得在合理时间通过离散化精炼厂的重要区域的预定的天际。 计算要求所有解答方法提出的是合理的。然而，它计算上是不能实行的获得全球性最佳方案由于MIP公式化的高度组合特点。实际上，理解对这些真实世界的计划：预定的问题构成最困难因为植物的几个操作的特点是密切相关对，为获得最佳方案跨步处理专家，代表另外的事实对模型工任务的困难。 许多时间，这是负责对在模型工之间的分歧和用户。苏瑞、迪尔、特里维尔和汤姆斯科 (1995) 提及这个事实作为前15年其中一个主要挑战运筹学在自从当论文被发表，科学界常常地看工业问题如解决。另一方面，石油化学制品的动态本质产业要求连续的工作为了允许必要的改进与计算机辅助有关预定的工具。精炼厂的其他重要区域当前是在调查之中，例如蒸馏单位和面心立方晶格区域，经营在不同的选用之下。原油发行的问题在之中并且共同的油的管理的精炼厂管道也是石油公司的高效率的操作的根本性。通常，重要问题留待去调查，例如后勤学，计划和预定的综合化，并且更多高效率的塑造和解答技术。
